CN115639466A - 一种直流空开极差测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流空开极差测试仪，包括电源组件和测试组件，所述电源组件输出端电性连接在测试组件输入端，测试组件电性连接有直流空开，所述测试组件包括微处理器、驱动器、开关IGBT和电压采集单元，所述电压采集单元的两端与电源组件并联；本发明通过采用外置储能电容设计的高功率直流电源，可提供220V/400A以上的直流试验电源，不使用站内直流电源，克服传统改扩建变电站使用站用直流蓄电池电源进行测试直流空开级差试验的安全风险，或者没有试验电源进行测试，采用高功率半导体元件对试验进行可靠精准控制，提高现场试验的质量和安全性。

Description

一种直流空开极差测试仪

技术领域

本发明涉及直流空开测试技术领域，具体是一种直流空开极差测试仪。

背景技术

目前变电站的直流馈电网络多采用树状结构，从蓄电池到站内用电设备，一般经过三级配电，每级配电大多采用直流断路器作为保护电器，由于上下级直流断路器保护动作特性不匹配，在直流***运行过程中，当下级用电设备出现短路故障时，经常引起上一级直流断路器的越级跳闸，从而引起其它馈电线路的断电事故，进而引起变电站一次设备如高压开关、变压器、电容器等的事故，为防止因直流断路器及其它直流保护电器动作特性不匹配带来的隐患，电网公司规定，对于新装和运行中的直流保护电器，必须保证其直流回路级差配合的正确性，DL/T5044-2014《电力工程直流技术设计规程》规定，变电站直流***中的直流断路器的级差配合方案应满足选择性保护的要求，《直流电源***运行规范》第十二条第八款规定“直流熔断器和空气断路器应采用质量合格的产品，其熔断体或定值应按有关规定分级配置和整定，并定期进行核对，防止因其不正确动作而扩大事故”，保护电器如何正确选型及上下级之间选择性保护的配合问题，直接关系到能否把直流电源的故障限制在最小范围内，这对防止事故扩大和设备严重损坏至关重要。

目前发电厂、变电站的直流电源***基本上都能按照相关标准进行设计，保证2～4个级差，但现场运行的直流断路器级差配合是否满足选择性保护的要求，目前现场很少进行测试和验证，这就给电力***安全运行留下了隐患，为此，我们计划研发一种适合变电站现场使用、携带方便、自动化程度高的直流空开级差测试仪，同时设计大功率直流电源满足改扩建变电站的试验、方便现场试验，提高直流***运行的可靠性，保证电网安全可靠运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流空开极差测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流空开极差测试仪，包括电源组件和测试组件，所述电源组件输出端电性连接在测试组件输入端，测试组件电性连接有直流空开，所述测试组件包括微处理器、驱动器、开关IGBT和电压采集单元，所述电压采集单元的两端与电源组件并联，电压采集单元的输出信号端连接微处理器，微处理器还分别连接液晶屏、驱动器和接触器KM1-KMn，驱动器还连接开关IGBT的栅极，开关IGBT的漏极通过开关QF连接电源组件，开关IGBT的源极连接电阻R1-Rn，电阻R1-Rn的另一端分别依次连接接触器KM1-KMn的触点，接触器KM1-KMn的触点另一端连接电流采集单元，电流采集单元的输出信号端连接微处理器。

作为本发明的进一步技术方案：所述电源组件包括电阻R11、二极管D1和电容C1，二极管D1的阴极连接电阻R11、电压输入端+和电压输出端+，二极管D1的阳极连接电阻R11的另一端和电容C11，电容C11的另一端连接电压输入端-和电压输出端-。

作为本发明的进一步技术方案：所述电源组件包括二极管ZD、电阻R23、电阻R22、三极管Q1、三极管Q2和电容C2，二极管ZD的阴极连接电阻R21、二极管D3的阴极、电压输入端+和电压输出端+，二极管ZD的阳极连接电阻R22和电阻R23，电阻R22的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电阻R21的另一端，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的集电极和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R24、二极管D3的阳极和电容C2，电容C2的另一端连接电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电压输入端-和电压输出端-。

作为本发明的进一步技术方案：所述二极管ZD为稳压二极管。

作为本发明的进一步技术方案：所述三极管Q1为PNP三极管。

作为本发明的进一步技术方案：所述三极管Q2为PNP三极管。

作为本发明的进一步技术方案：所述电阻R1-Rn和接触器KM1-KMn的数量相同，且数量均≥7。

作为本发明的进一步技术方案：通过微处理器控制接触器KM0、开关IGBT，预测直流回路的内阻及短路电流，通过微处理器计算直流空开对应的短路电流，再控制接触器KM1-KMn对应的限流电阻，测试该支路对应短路电流下直流空开的参数，包括短路电流、电流波形和灭弧时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用外置储能电容设计的高功率直流电源，可提供220V/400A以上的试验电源，不使用站内电源，克服传统改扩建变电站使用站用直流蓄电池电源进行测试直流空开级差试验的安全风险，或者没有试验电源进行测试，采用高功率半导体元件对试验进行可靠精准控制，提高现场试验的质量和安全性。

2、本发明通过600A级IBGT精确控制短路电流及通断时间，通断时间控制在0.3ms。

3、本发明通过液晶屏显示短路电流大小、波形及灭弧时间，能评估空开的性能。

附图说明

图1为直流充电电路图；

图2为直流恒流快速充电电路图；

图3为本发明的测试组件示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种直流空开极差测试仪，包括电源组件和测试组件，所述电源组件输出端电性连接在测试组件输入端，测试组件电性连接有直流空开，电源组件提供电压220V便携式、电流400A持续20ms、瞬时(5ms)2000A的大功率直流电源，避免对电池损伤，满足改扩建工程不能使用原有220V直流***的需求，测试组件能预测直流回路短路电流，自动控制短路电流的大小，液晶屏显示直流空开短路电流大小、波形及灭弧时间，能精确控制短路电流的分合时间，防止因直流空开故障造成直流***故障的扩大化。

如图1所示，电源组件包括电阻R11、二极管D1和电容C1，二极管D1的阴极连接电阻R11、电压输入端+和电压输出端+，二极管D1的阳极连接电阻R11的另一端和电容C11，电容C11的另一端连接电压输入端-和电压输出端-。输入直流110-220V，电源的容量为1.5kW，电流6.8A，R11＝33欧，C1＝300mF,电源通过限流电阻R11为大容量电解电容C1充电，二极管D1为防止电源直接对电容器充电引发短路，该方案电路简单可靠，电容零电压充电时间一般在2分钟左右，充电时间较长，可以满足测试要求。

如图3所示，所述测试组件包括微处理器、驱动器、开关IGBT和电压采集单元，所述电压采集单元的两端与电源组件并联，电压采集单元的输出信号端连接微处理器，微处理器还分别连接液晶屏、驱动器和接触器KM1-KMn，驱动器还连接开关IGBT的栅极，开关IGBT的漏极通过开关QF连接电源组件，开关IGBT的源极连接电阻R1-Rn，电阻R1-Rn的另一端分别依次连接接触器KM1-KMn的触点，接触器KM1-KMn的触点另一端连接电流采集单元，电流采集单元的输出信号端连接微处理器。

实施例2，与实施例1的区别之处在于，如图2所示，电源组件包括二极管ZD、电阻R23、电阻R22、三极管Q1、三极管Q2和电容C2，二极管ZD的阴极连接电阻R21、二极管D3的阴极、电压输入端+和电压输出端+，二极管ZD的阳极连接电阻R22和电阻R23，电阻R22的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电阻R21的另一端，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的集电极和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R24、二极管D3的阳极和电容C2，电容C2的另一端连接电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电压输入端-和电压输出端-。

输入直流110-220V，电源的容量为1.5kW，设恒流充电为5A，稳压管电压为2.5V，限流电阻R21＝0.1欧，限流电阻的电压降为0.5V，三极管Q1和Q2组成的达林顿管放大倍1000倍，基极电流为5mA，限流电阻R22＝100欧，C1＝300mF,电源通过限流电阻R21为大容量电解电容C1充电，二极管D1为防止电源直接对电容器充电引发短路，该方案电路充电速度快，电容器电压充电10秒左右可充满，充电电压低于电源电压2.5V，满足测试要求。

工作原理如下：由微处理器计算直流支路的短路电流，由I＝U/R公式，并控制接触器吸合选择对应的负载电阻，R1-R7的电阻分别为1、2、2、5、10、20、20欧，由微处理器计算电压与需要测试的电流，由600A级IGBT控制电流的通断，IGBT3的作用是精确控制电流的通断时间，具有灭弧作用，为了保护直流空开和电阻元件，导通时间小于40ms，一般直流空开的开断及灭弧时间不超过30ms，从直流空开测试的波形图能判断空开是否开断和灭弧；为了测量测试和点回路的短路电流，测试组件会自动连通20欧的电阻，空载测试回路的电压为U1，20欧负载时电压为U2，电流为I，根据以下公司得出回路及电源内阻；

r＝(U1-U2)/I；

测试点的短路电流为Ik＝U1/r。

限流电阻和接触器均至少有7个，限流电阻的7个电阻阻值分别为1欧、2欧、2欧、5欧、10欧、20欧、20欧，由微处理器计算直流支路的短路电流，并控制接触器吸合选择对应的负载电阻。

微处理器电性连接有液晶屏和示波器，液晶屏显示短路电流大小、波形及灭弧时间，能评估空开的性能。

电解电容组(图1中的C2和图2中的C2)至少有12个33000μF/350V的电容器，采用电解电容组作为储能元件，如果持续提供400A电流20ms而电压下降20V，由以下公式计算需要的电容量。

需要的电量Q＝I×t＝400×0.02＝8库伦；

电容放电量Q＝C(U2-U1)＝C×20；

电容量C＝8/20＝0.4F；

因此，选用大容量33000μF/350V的电容器，需要12个，由于12个电容器的电容量非常大，在外界10A的直流电源对其充电时会发生10秒左右的短路，因此，需要设置恒流充电电路，同时设计5A充电，400A或者更大的放电电流，需要加装大功率二极管，该二极管7用10ms可通过7000A电流，电解电容组8能提供7200A的电流。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种直流空开极差测试仪，包括电源组件和测试组件，其特征在于，所述电源组件输出端电性连接在测试组件输入端，测试组件电性连接有直流空开，所述测试组件包括微处理器、驱动器、开关IGBT和电压采集单元，所述电压采集单元的两端与电源组件并联，电压采集单元的输出信号端连接微处理器，微处理器还分别连接液晶屏、驱动器和接触器KM1-KMn，驱动器还连接开关IGBT的栅极，开关IGBT的漏极通过开关QF连接电源组件，开关IGBT的源极连接电阻R1-Rn，电阻R1-Rn的另一端分别依次连接接触器KM1-KMn的触点，接触器KM1-KMn的触点另一端连接电流采集单元，电流采集单元的输出信号端连接微处理器。

2.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述电源组件包括电阻R11、二极管D1和电容C1，二极管D1的阴极连接电阻R11、电压输入端+和电压输出端+，二极管D1的阳极连接电阻R11的另一端和电容C11，电容C11的另一端连接电压输入端-和电压输出端-。

3.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述电源组件包括二极管ZD、电阻R23、电阻R22、三极管Q1、三极管Q2和电容C2，二极管ZD的阴极连接电阻R21、二极管D3的阴极、电压输入端+和电压输出端+，二极管ZD的阳极连接电阻R22和电阻R23，电阻R22的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电阻R21的另一端，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的集电极和二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R24、二极管D3的阳极和电容C2，电容C2的另一端连接电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电压输入端-和电压输出端-。

4.根据权利要求3所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述二极管ZD为稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述三极管Q1为PNP三极管。

6.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述三极管Q2为PNP三极管。

7.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，所述电阻R1-Rn和接触器KM1-KMn的数量相同，且数量均≥7。

8.根据权利要求1所述的一种直流空开极差测试仪，其特征在于，通过微处理器控制接触器KM0、开关IGBT，预测直流回路的内阻及短路电流，通过微处理器计算直流空开对应的短路电流，再控制接触器KM1-KMn对应的限流电阻，测试该支路对应短路电流下直流空开的参数，包括短路电流、电流波形和灭弧时间。

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